一次由列車效應引發的湖南暴雨研究

李婷 蔡杏芳 童潔 肖詩堯 黃卓禹 劉久國

關鍵詞暴雨;穩定維持;東傳;鋒區;列車效應

2019年5月12日白天到夜間，在副高西北側附近，湖南出現了一次暴雨、局地大暴雨天氣過程，降雨落區主要位于湖南中北部地區，暴雨中心位于益陽、婁底地區。這次過程雨強不大，但降水的持續時間長，最長穩定維持時間長達12h以上。對于此次過程，臨近時各家數值模式預報結果較為一致，降水穩定在湖南的中北部，夜間降水系統南壓，雨帶也一致預報南壓至湖南的南部地區：而預報與實況出現了明顯的偏差，夜間降水依然穩定維持在湖南的中部區域。

基于以往的預報經驗和預報思路，一個地區產生持續降水之后，不穩定能量和大氣層結等會變得較為穩定，尤其是夜間冷空氣南下，一直考慮降水系統南壓，因而造成較大范圍的漏報。為了提高暴雨、大暴雨的預報質量，對此次穩定性持續暴雨過程的環流背景和物理過程進行分析，試圖分析在大氣環流形勢相對穩定的情況，出現此次持續性強降水的原因，為今后類似預報服務提供借鑒。

1降水實況

2019年5月12日白天到夜間湖南的中北部地區出現暴雨天氣過程。從整個24h降水分布可以看出，強降水區主要分布在湘西州南部、懷化北部、益陽、婁底、湘潭、長沙一線，大致呈準東西向分布，從降水時段內最大小時雨強分布看，此次強降水過程中，最大小時雨強為10～30mm/h，降水強度在區域性暴雨天氣過程中偏弱（圖1）。

2成因分析

2.1環流背景分析

2.1.1中高層環流形勢從2019年5月12日20：00的500 hPa高度場可以看出，湖南北側的中高緯度地區被深厚寬廣的低槽控制，其南側帶狀副高北伸至20°N以北，整個湖南處于副高北側強的高空輻散區內，有利于系統性上升運動的維持，而南北2個系統的穩定對峙有利于高空西風急流的維持和增強，同時，也有利于中低層系統的穩定少動。

2.1.2中低層環流形勢以中高層環流相對應的是在湖南中北部700～925hPa之間穩定維持著準東西向的切變線，整個強降水區處于來自南海洋面的西南偏南風和來自東側洋面的偏東氣流的匯合。二者近似飽和暖濕氣流的匯合，非常有利于強降水天氣的出現和維持。

2.1.3地面環流形勢從強降水時刻海平面氣壓的分布看，湖南北側有較強的冷高壓的入侵，西側存在較強的暖低壓，在重慶一四川一線形成準靜止鋒，湖南處于兩股氣流的影響區內，有利于對流天氣的觸發和發展。

2.2探空資料分析

以同樣是強降水區長沙探空站的分析可以看出，從近地面至600hPa附近為深厚的濕層以及比濕和飽和比濕的垂直剖面可以看出，500hPa以下的水汽近乎飽和，非常有利于強降水天氣的發生和維持。另外，從各層風場可以看出，在較強的西南氣流之下的近地面，有淺薄的冷空氣侵入，加大暖區倒槽內暖濕氣流的被迫抬升。

3降水系統移動特征分析

3.1一致的西風氣流引導下，降水系統東傳特征明顯

從沿著28°N逐6h的緯向風一垂直風的緯向剖面可以看出，輻合上升氣流在降水時段存在明顯的東傳的現象，且從相伴隨的垂直速度大小可知，在東傳過程中，由西側的高海拔區向低海拔區移動中，上升存在一個增強變化的趨勢，然后在進入地勢相對平緩區時，又逐漸減弱。婁底北部發生強降水的時間分別是在12日的白天和夜間，對應此時的大速度區正位于影響地區的上空。另外，從東西向的流場分布看，500hPa以上，102°E～116°E均表現為一致的偏西風，邊界層至中低層之間存在不同尺度的擾動，這也是對流發展高度不高的原因之一：此外，在中高層一致的西風氣流引導下，東傳特征明顯（圖2）。

3.2鋒區下傳與近地面中小尺度擾動結合促進降水持續

同理，沿著111°N逐6h的經向風一垂直風的經向剖面可以看出，12日20：00（北京時）28°N為偏南風控制，且伸展至300hPa以上其北側的為偏北風侵入，在28°N～30°N中層形成較明顯的鋒區，隨著冷空氣逐漸向下滲透，鋒區伸展高度逐漸降低，并與在沿山脈附近則是多南北兩支氣流形成的中小尺度擾動系統合并，進一步促進降水的發生和持續（圖3）。

3.3強盛的偏南風不利于系統南落

從沿著111°N逐6h的經向一垂直風的經向剖面圖可以看出，北方冷空氣的向南侵入的緯度有限，為了更為明確地了解系統南北移動的趨勢，再一次分析沿著111°N逐6h的水平風的緯度—高度剖面圖。從降水各時次的剖面可以看出，北側較強的偏北風主要集中在600hPa以下，與南側強盛的西南氣流相比，則明顯偏小，而且在整個強降水過程中，西南氣流均表現得異常旺盛，此次當處于強盛的偏南氣流影響下，強的水汽輻合和強的上升運動都位于偏南氣流內，在上下一致強的西南氣流的阻擋下，相對弱的冷空氣南侵有限，致使中切變在28°附近穩定維持此次，高層較穩定的層結阻擋中低層系統向上發展，這也導致對流云團發展不旺盛（圖4）。

4基于衛星云圖和雷達分析降水特征

4.1基于衛星云圖降水特征分析

從各時次的假相當位溫的分布看第一階段的降水時次，婁底的北部有冷性對流云團發展，但強度和范圍有限，且對流云團均在山脈北側發展東移，在08：00～10：00次對流云團在張家界一湘西一帶山脈移入懷化北部、益陽西部和婁底北部地勢相對低的位置時，對流云團有存在發展加強的趨勢，而這些區域也對應著大暴雨的分布區和局地小時雨強超過50mm/h。這也表明上述地區的地形分布有利于促進移入對流云團的發展，降水的增幅作用較明顯。在12日夜間第二階段的降水過程，基本表現為暖云降水（圖5）。

4.2基于雷達的降水特征分析

從上述分析可知，此次強降水過程中，對流發展高度均不高，小時雨強最大也在30mm/h以下。從兩個階段的強降水時刻的各仰角的雷達反射率可以看出，在第一階段北部最強降水時刻的10：23的組合反射率在新化北部出現了小范圍的積云降水回波，最強回波有達到45 dbz，對應小時的雨強在20mm/h左右，0.5和1.5度仰角來看，最強的回波集中在中層4km附近。故整個強降水的回波都集中在中層以下，有利于降水的持續（圖6）。

而從第二階段的降水回波看，強度較第一時次有減弱，但列車效應明顯，導致婁底的西部、中部地區出現了持續較高效率的降水。另外，從較強回波的列車帶上可以看出，在3.4°仰角，在同等影響系統下，在婁底的中部地區表現出在高仰角較強的回波，表面對流在這些地區的發展較為旺盛，而這些地區正處于下坡區，這是否也存在的地形的增幅作用，有待于今后的進一步驗證。

5結語

此次強降水過程，湖南北側的中高緯度地區被深厚寬廣的低槽控制，其南側帶狀副高北伸至20°N以北，整個湖南處于副高北側強的高空輻散區內，有利于系統性上升運動的維持，而南北兩個系統的穩定對峙有利于高空西風急流的維持和增強，同時，也有利中低層系統的穩定少動。強降水區穩定維持著準東西向的切變線，西路冷空氣滲透入高飽和濕區的地面暖倒槽內，有利于對流天氣的觸發、發展和維持。